DE1101979B - Hydraulische Servolenkeinrichtung fuer Kraftfahrzeuge - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung bezieht sich auf eine hydraulische Servolenkeinrichtung für Kraftfahrzeuge, bei welcher in der Lenkmechaniik ein Totgang zum Betätigen von Verteilerorganen vorgesehen ist, welche in einen hydraulischen Kreislauf mit ständigem Flüssigkeitsumlauf eingeschaltet sind, der normalerweise mit beiden Kolbenseiten eines auf das Lenkgestänge wirkenden, aus Zylinder und Kolben bestehenden Servomotors verbunden ist.

Bei den bekannten Lenkungen mit hydraulischer Servolenkeinrichtung wird in die mechanische Kraftübertragung vom Lenkrad auf die Räder absichtlich ein Spiel eingeführt. Je nach dem Richtungssinn und der Größe der vom Fahrer aufgebrachten Muskelkraft gestattet dieses zwischen zwei Teilen der Kraftübertragung vorgesehene Spiel eine Gegeneinaniderverstellung dieser Teile, die zum Betätigen eines im Flüssigkeitskreis liegenden Ventils oder Steuerschiebers ausgenutzt wird. Das Ventil löst auf diese Weise den teilweisen oder vollen Einsatz der Servokraft in dem gewünschten Sinne und mit um so besser bestimmter Leistung aus, je vollkommener das Ventil ,seiner Aufgabe angepaßt ist.

Die Servoleistung wird gewöhnlich von einer Pumpe entwickelt, die vom Fahrzeugmotor oder auf andere Weise angetrieben wird. Diese Pumpe fördert öl aus einem Behälter zur einen oder anderen Seite des Kolbens eines Servomotors oder jeder gleichwertigen Vorrichtung, während die entgegengesetzte Kolbenseite alsdann mit dem Behälter in Verbindung steht, so daß das öl ohne Behindern der Kolbenbewegung entweichen kann. Das Steuerventil hat namentlich den Zweck, diese beiden Aufgaben gleichzeitig zu erfüllen, nämlich das Öl unter Druck der einen Kolbenseite zuzuführen und es von der anderen KoI-benseite zum Behälter zurückströmen zu lassen. Um die Lenkung angenehmer zu machen, wird diese doppelte Aufgabe notwendigerweise möglichst stufenlos und gagen Ende des Schieberhubes dennoch so vollkommen wie möglich erfüllt und muß vom Fahrer +0 einen nennenswerten und besser noch der im hydraulischen Servomotor entwickelten Kraft verhältnisgleichen Kraftaufwand erfordern, damit die immerhin sanfte Lenkung trotzdem fühlbar wird. Wie nämlich die Erfahrung bewiesen hat, ist es für die Annehmlichkeit und Sicherheit der Lenkung notwendig, daß der Fahrer an seinem Lenkrad einen Widerstand fühlt, der dem Widerstand der Räder beim Lenkungsausschlag verhältniiSgleich ist.

Es ist auch erkannt worden, daß der in die mechanisohe Kraftübertragung der Lenkung eingeschaltete Totgang aus Gründen der Fahrgenauigkeit und somit der Verkehrssicherheit klar gehalten werden muß. Es ist jedoch dabei häufig eine SchJaberibauart benutzt Hydraulische Servolenkeinrichtung
für Kraftfahrzeuge

Anmelder:

Regie Nationale des Usines Renault,
Billancourt, Seine (Frankreich)

Vertreter: Dr.-Ing. E. Liebau, Patentanwalt,
Göggingen über Augsburg, Von-Eichendorff-Str. 10

Beanspruchte Priorität:
Frankreich vom 27. März 1956

worden, in welcher der Hub des Schiebers zu einem Teil zur allmählichen Schließung des Sohieberventils und zum anderen Teil zur ausreichenden tiberdeckung gegen Ende des Hubes benutzt wird, um die Leckverluste, die bei dieser Schiaberbauart unvermeidlich sind, vernachlässigbar zu machen; der Schieber ist nämlich in seine Bohrung nicht vollkommen abdichtend eingepaßt, weil er in der Bohrung gleiten muß. Die Überdeckunig verringert also dementsprechend den Anteil des toten Ganges, der für das allmähliche Schließen des Schieberventils bestimmt ist.

Es ist auch bereits eine Servolenkeinrichtung bekannt, die zum Sichern und Verändern der relativen Stellung einer Zugmaschine zu ihrem Anhänger dient. Es ist hier eine Zahnstange vorgesehen, die mit einem Ritzel zusammenarbeitet. Die Zahnstange wird hydraulisch durch zwei Kolben bewegt, welche den Flüssigkeitsdruck über einen Verteiler empfangen, welcher durch ein Ventil gesteuert wird. Bei dieser bekannten Servolenkeinrichtung ist also eine Aufteilung der Verteilerorgane in ein Steuerventil und einen Verteiler vorgesehen. Das Betätigen der Verteilerorgane erfolgt jedoch nicht unter Ausnutzung eines Totganges in der Lenkmechanik, und es 'besteht auch in der Grundstellung der Lenkung keine Verbindung mit den beiden Kolbenseiten eines Servomotors. Dem Fahrer wind durch diese bekannte Einrichtung auch kein Gefühl für die Steuerung vermittelt. Eine Verwendung dieser Servolenkeinrichtung in der Radlenkung von Kraftfahrzeugen ist nicht möglich.

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Bei einer weiteren bekannten Servolenfceinrichtung, die eine Lenkhilfskraft nur -abgibt, wenn der Lenkwiderstand einen gewissen Wert überschreitet, ist ein Verteilerorgan vorgesehen, in dem- das Steuerventil und der Verteiler zusammengefaßt sind. Es ist hier ein eigenes Steuerventil mit Verteilereinrichtung für jede Kolbenseite vorgesehen. Die angewendeten rohrförmigen Ventilverschlußkörper sind gegen Federdruck verschiebbar und dichten mit ihren Stirnflächen. Damit ist es bekannt, in Servolenikeinrichtungen Ringventile zu verwenden. Im übrigen ist jedoch diese Servolenkeinrichtung .wegen der verwendeten Federn und des Zusammenbaues von Steuerventil und Verteiler kompliziert und störanfällig. Auch wird dem Fahrer kein Lenkgefühl durch die Servolenkeinrichtung vermittelt.

Es ist noch eine weitere' Servolenkeinrichtung bekannt, bei der ein axial· durch die Lenksäule verschiebbarer, mit den Stirnflächen dichtender Ventilkörper vorgesehen ist. Dem Verschieben der Lenksäule wirkt hier der Druck einer Schraubenfeder entgegen, so daß auf diese Weise dem Fahrer ein Lenkgefühl vermittelt wird. Auch hier, sind Steuerventil und Verteiler zusammengebaut, was einerseits einen komplizierten Aufbau des Verteilerorgans ergibt und andererseits kein rasches und progressives Ansprechen der Servolenkeinrichtung ermöglicht;

Zweck der Erfindung ist es, die Nachteile der bekannten Servolenkeinrichtüngen zu beseitigen. Dies wird erreicht, indem die Servolenkeinrichtung erfindungsgemäß sowohl ein Steuerventil, das durch den Fahrzeuglenker betätigt wird und das Zurückströmen der Flüssigkeit zum Behälter .aus den beiden Speiseleitungen des Servomotors steuert, als auch ein indirekt gesteuertes Verteilerventil aufweist, dem von der Pumpe Druckflüssigkeit zugeführt wird und von dem die beiden Speiseleitungen des Servomotors ausgehen, wobei das indirekfges teuer te Verteilerventil aus einem Doppelkolibenschieber zum Unterbrechen des Flüssigkeitsstromes zur einen oder anderen Kolbenseite des Servomotors besteht und zu diesem Zweck auf einen beim Betätigen des Steuerventils erzeugbaren Druckunterschied in den .beiden Speiseleitungen und auf beiden Kolbenseiten des Servomotors anspricht.

Die Kombination eines Steuerventils mit einem indirekt gesteuerten Verteilerventil gestattet einen sehr kleinen Verschiebeweg des Steuerventils und damit einen kleinen Totgang in der Lenkmechanik. Außerdem spricht die Servolenkeinrichtung progressiv und trotzdem rasch an. Dazu kommt, daß im Verteilerventil eine große Überdeckung der Verteiler-Öffnungen durch den indirekt gesteuerten Doppelkolbenschieber möglich ist* so daß Leckverluste .sicher vermieden werden können,, ohne daß deswegen der Totgang in der Lenkmechanik über ein .kleines, vom Verschiebeweg des Steuerventils -bestimmtes Maß hinaus vergrößert werden müßte. Dem Fahrer wird allein durch den Flüssigkeitsdruck im Steuerventil ein Lenkgefühl vermittelt. Zusätzliche, die Anlage komplizierende Einrichtungen sind hier nicht erforderlich.

Die Zeichnung veranschaulicht eine teilweise im Schnitt gehaltene Ansicht der Hauptbestandteile einer erfindungsgemäß ausgebildeten Servolenkeinrichtung.

In dieser bevorzugten Ausführungsart ist das Ende des das Lenkrad tragenden Lenkrohres 1 durch eine nachgiebige Kupplung mit einer Muffe 2 verbunden, die ihrerseits über ein doppelreihiges Kugellager 4 im Lenkgehäuse 3 gelagert ist., Das Kugellager 4 ist derart ausgebildet, daß es die,Drehung der Muffe2 zuläßt, j.edoch ihre Längsverschiebung verhindert. Die vom Lenkrohr 1 und der Muffe 2 übertragene Muskelkraft des Fahrers wird von einer Spindel 5 übernommen, die in der Muffe 2 längs verschieblich, jedoch durch die Längsriffelung 6 mit dieser drehfest verbunden ist. Die Spindel 5 besitzt ferner eine schräge Riffelung 7, die mit der Sohnecke 8 eines klassischen Lenkgehäuses im Eingriff steht. Die Schnecke 8 kann in bekannter Weise mittels der Lenkrolle 9 den Lenkstockhebel 10 und folglich den Lenkungsausschlag der Räder über ein nicht weiter dangestelltes Gestänge steuern.

Die Schnecke 8 ist im Lenkgehäuse3 durch Lauflager 11 zurückgehalten, die ihre Längsverstellung verhindern.

Wenn der Fahrer auf das Lenkrad eine gewisse Kraft .ausübt und das Lenkrohr 1 im Sinne des Pfeiles 12 zu drehen sucht, überträgt■■ sich die von der Schnecke 8 auf die Lenkrolle 9 ausgeübte Reaktionskraft auf die schräge Riffelung 7 der Spindel 5 und erzeugt eine Längsreaktion, die die Spindel 5 im Sinne des Pfeiles 13. zu verschieben sucht. Diese Längsreaktipn der Spindel 5 gestattet, je nach ihrer Richtung und Stärke, die' hydraulische Servolenkeinrichtung in dem .gewünschten Sinne und mit der gewünschten Kraft in Tätigkeit zu setzen.

Die in der Zeichnung in der Ruhestellung dargestellte hydraulische Einrichtung ist folgendermaßen aufgebaut: Eine Pumpe 14 üblicher Bauart .säugt durch ein -Filter 15 das Öl aus einem Behälter 16 .an und fördert es durch eine Leitung 17, in welcher ein im- Nebenschluß liegendes Sicherheitsventil 18 den Druck auf einen vorbestimmten Höchstwert beschränkt/ indem das überschüssige öl über die Leitungl9 zum Behälter zurückströmt. Das ztim Betätigen der Servolenkeinrichtung bestimmte öl gelangt durch einen Stutzen20 in-den~Mittelräuim eines Verteilerventils 43 und teilt sich bei abgestellter Servolenkeinrichtung in zwei gleiche Flüssigkeitsströme, die die kalibrierten öffnungen 21 und 22 und · die Kammern 23 und 24 durchqueren. ALsdann gelangt das öl über die Leitungen 25· und 26 in die kreisförmigen Kanäle 27 und 28 der Ringe 29 und 30, die im Gehäuse 3 durch einen Deckel 31 befestigt sind. Diese Ringe besitzen eine Reihe von "Bohrungen 32 und 33, durch die das £51 in den Innenraum34 des Gehäuses gelangt. Aus diesem Innenraum strömt das öl durch die Leitungen 35 und 19 zum Behälter 16 zurück.

An den Leitungen 25 und 26 liegen im Nebenschluß angeordnete Leitungen 36 und 37, die die Kammern 38 und 39 eines schematisch dargestellten hydraulischen Servomotors mit Öl versorgen. Dieser Servomotor liefert die an einer Stelle des nicht dargestellten Lenkgestänges erwünschte Zusatzkraft. Das Ende 40 des Servozylinders ist beispielsweise mit dem Fahrzeugrahmen und das Ende 41 der zum Kolben 42 gehörigen Kolbenstange mit dem Lenkgestänge verbunden.

Im Gehäuse des Verteilerventils 43 gleitet ein loser Doppelkolbenischieber mit dem Kolben 45 und 46 und der VeHbindungsstange 44. Die Kolben vermögen die Öffnung 21 oder 22 .abzusperren, wenn der Schieber sich nach rechts bzw. nach links verstellt. Zwei weiche Federn 47 und 48 halten den .Schieber normalerweise in der dargestellten Stellung, Die Kammern23 und 24 stehen über die Kanäle 49 und 50 mit den an den Enden des Schiebers gebildeten Kammern 51 und 52 in Verbindung.

Am Ende der Spindel 5 ist ferner mittels zweier

7c Kugelreihen 54 und 55 eine Scheibe 53 von der

Stärke e angeordnet. Je nach der axialen Verstellung der Spindel5 legt sich die Scheibe53 an einender als Anschlag wirkenden Ringe 29 bzw. 30 an, die durch einen Abstandshalter 56 von der Stärke E auseinander gehalten sind, und schließt dabei die Bohrungen 32 bzw. 33 unter ,gleichzeitigem Begrenzen des axialen Spiels der Spindel 5.-Die Scheibe 53 bildet also zusammen mit den Bohrungen 32 bzw. 33 ein vom Fahrzeuglenker betätigbares Steuerventil. Das Spiel E-e läßt sich äußerst einfach mit der größten Genauigkeit einstellen und kann sehr klein gehalten werden, und die Scheibe 53 dient somit als positiver Anschlag. Das. Spiel E-e .dient alsdann zum Sicherstellen der progres-- * siven Schließung des auf diese Weise ausgebildeten Steuerventils.

Die Wirkungsweise der Einrichtung ist folgende: Wenn der Fahrer auf das Lenkrad eine Kraft ausübt, die das Bestreben hat, das Lenkrohr 1 im Sinne des Pfeiles 12 zu drehen, wird durch die Rückwirkung der Schnecke 8 auf die Riffelung 7 die Spindel 5 im Sinne des Pfeiles 13 verschoben, so daß die Scheibe 53 die Bohrungen 33 des Ringes 30 teilweise oder ganz absperrt und den Ölumlauf in der Leitung 26 abbremst bzw. ganz unterbricht. Infolgedessen nimmt der Druckverhist durch die kalibrierte Öffnung 22 ab, während er in der kalibrierten öffnung 21 zunimmt, wobei die bei 20 eintretende Flüssigkeit vorzugsweise oder vollständig durch die Öffnung21 abströmt. Da der Druck an der Eintrittsseite der öffnungen 21 und 22 notwendigerweise für beide Öffnungen derselbe ist, entsteht in der Kammer 24 ein höherer Öldruck als in der Kammer 23 und über die Leitungen 50 und 49 ein höherer Druck in der Kammer 52 als in der Kammer 51. Der Steuerschieber 44, 45, 46 wird somit nach rechts verschöben, und der Kolben 45 sperrt die öffnung21 ab. Nun kann der von der Pumpe in den Stutzen 20 eintretende ölstrom nur noch über die öffnung 22 und die Leitung 26 abziehen, 4ie, durch die Scheibe 53 teilweise oder ganz abgesperrt, die Kammer 39 des Servomotors über die Leitung 37 speist. Die Kolbenstange 41 überträgt alsdann auf das Lenkgestänge eine in der Richtung des Pfeiles 57 wirkende Kraft. Diese Kraft wird derart angelegt, daß sie den Fahrer beim Drehen der Lenkvorrichtung in dem gewünschten Sinne unterstützt. Das vom Kolben 42 aus der Kammer 38 verdrängte Öl strömt über die Leitungen 36 und 25, das Gehäuse 34 und die Leitung 19 zum ölbehälter zurück.

Der Druck in der Leitung 26 winkt durch die Bohrungen 33 des Ringes 30 auf die Scheibe 53 ein und ist bestrebt, diese mit einer Kraft zurückzuschieben, die der vom Zylinder des Servomotors gelieferten Zusatzkraft verhältnisgleich ist. Um das Zurückweichen der Scheibe 53 zu verhindern, muß der Fahrer im Sinne des Pfeiles 12 einen Kraftaufwand aufrechterhalten, der der auf diese Scheibe wirkenden Kraft verhältnisgleich ist, so daß der Fahrer dauernd seine Lenkung fühlt, da sein eigener Kraftaufwand der vom Servomotor gelieferten Zusatzkraft verhältnisgleich ist. An sich ist es bekannt, Servolenkeinrichtungen so auszubilden, daß der Fahrer ein Gefühl für die Lenkung erhalt. Doch werden hierzu gewöhnlich Federn benutzt, die mit dem Flüssigkeitsdruck zusammenwirken.

Will der Fahrer nach der anderen Seite drehen, dann ist die Wirkungsweise ähnlich.

Sollte bei einer Störung des Fahrzeugmotors oder auch aus jedem anderen Grunde der Öldruck ausbleiben, dann arbeitet die Einrichtung folgendermaßen: Wenn der Fahrer sein Lenkrad beispielsweise im Sinne des Pfeiles 12 herumdreht, verschiebt sich die Spindel 5 im Sinne des Pfeiles 13, bis die Scheibe 53 gegen den Ring 30 aufläuft und dadurch die Bohrungen 33 absperrt. Die Spindel 5 stellt alsdann durch die einzige Drehung, die ihr erlaubt ist, die mechanische Verbindung mit der Lenkschneoke 8 und der Lenkrolle 9 her, und die Muskelkraft des Fahrers überträgt sich auf die Räder wie bei einer üblichen Lenkvorrichtung. Das Schwenken der Räder kann nur dann erfolgen, wenn der Kolben 42 im Servozylinder sich im Sinne des Pfeiles 57 verstellt. Das Öl wird aus der Kammer 38 ohne Schwierigkeit über die Leitungen 36 lind 25 und die Bohrungen 32 des Ringes 39, die alsdann offen sind, zum Vorratsbehälter 16 verdrängt. Infolge der Verstellung des Kolbens 42 entsteht in der Kammer 39 ein Unterdruck, der sich über die Leitungen 37, 26 und 61 auf ein Ventil überträgt, dessen Kugel 58 von ihrem Sitz 59 abrückt und unter Zusammenpressen seiner leichten Feder 60 das Emporsteigen des Öles aus dem Behälter über die Leitung 19 und das Auffüllen der Kammer 39 des Servomotors gestattet. Die Leitung 62 enthält ein ähnliches Ventil wie zuvor (nicht dargestellt), das eine ähnliche Aufgabe erfüllt, wenn der Fahrer das Lenkrad nach der entgegengesetzten Seite dreht.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Hydraulische S ervolenkeinrichtung für Kraftfahrzeuge, bei welcher in der Lenkmechanik ein Totgang zum Betätigen von Verteilerorganen vorgesehen ist, welche in einen hydraulischen Kreislauf mit ständigem Flüssigkeitsumlauf eingeschaltet sind, der normalerweise mit beiden Kolbenseiten eines auf das Lenkgestänge wirkenden, aus Zylinder und Kolben bestehenden Servomotors verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß sie sowohl ein Steuerventil (53), das durch den Fahrzeuglenker betätigt wird und das Zurückströmen der Flüssigkeit zum Behälter aus den beiden Speiseleitungen (25 und 36 bzw. 26 und 37) des Servomotors steuert, als auch ein indirekt gesteuertes Verteilerventil (43) aufweist, dem von der Pumpe Druckflüssigkeit zugeführt wird und von dem die beiden Speiseleitungen des Servomotors ausgehen, wobei das indirekt gesteuerte Verteilerventil aus einem Doppelkolbenschieber (44., 45,46) zum Unterbrechen des Flüssigkeitsstromes zur einen oder anderen. Kolbenseite des Servomotors besteht und zu diesem Zweck auf einen beim Betätigen des Steuerventils (53) erzeugbaren Druckunterschied in den beiden Speiseleitungen und auf beiden Kolbenseiten des Servomotors anspricht.

2. Servolenkeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerventil als Verschlußorgan eine axial verschiebbare und drehbare Scheibe (53) zwischen zwei festen Anschlägen (29 und 30) aufweist, an denen die beiden Speiseleitungen (25 und 26) münden, derart, daß durch die Stirnflächen der Scheibe die eine oder die andere Leitung nach allmählicher Drosselung vollständig abgesperrt und dabei dem Fahrer in an sich bekannter Weise ein Gefühl für die Lenkung durch hydraulische Rückwirkung vermittelt wird.

3. Servolenkeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verteilerventil (43) aus einem Zylinder besteht, der mit dem Einlaß (20) der Druckflüssigkeit und mit den Speise-

leitungen (25 und 26) in Verbindung steht, daß diese Leitungen zum Steuerventil (53) und zum Servozylinder über Drosselöffnungen (21 und 22) führen und daß die Außenseiten des Doppelkolben-' Schiebers (44,45, 46) jeweils dem in den Speiseleitungen (25 und 26) herrschenden Druck ausgesetzt sind, derart, daß der Doppelkolbenschieber unter der Wirkung des stärkeren Druckes sich verstellt, um die Leitung abzusperren, in welcher der geringere Druck herrscht.

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In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Patentschrift Nr. 729 091; ■ deutsche Patentanmeldungen F 13598 II/63 c (bekanntgemacht am 14.4.1955), D 14227 II/63 c (bekanntgemacht am 11. 2. 1954);

französische Patentschrift Nr. 1 064 557;

britische Patentschriften Nr. 724 411, 669 101, 662 724, 586 206;

USA.-Patentschriften Nr. 2 680 491, 2 334 918, 2213 271.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen